JP2019035679A - Charging rate calculation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリの充電率を算出する充電率算出装置に関する。 The present invention relates to a charging rate calculation device that calculates a charging rate of a battery.
従来、バッテリに蓄積された電力を用いてモータを駆動し走行する電動車等では、駆動用バッテリの充電率(SOC:state of charge)を算出し、制御に用いている。
例えば、下記特許文献1では、車両状態及びバッテリ状態に基づいて、バッテリ残量の演算を大規模演算で行うか、簡易演算で行うかを判定している。バッテリの過放電、過充電の危険性が小さい場合には、簡易演算でバッテリ残量の演算を行うことでバッテリ管理装置における消費電力を削減し、また、バッテリの過放電、過充電の危険性が大きい場合には、大規模演算により精度よくバッテリ残量を算出することでバッテリの劣化を抑制する旨が記載されている。
Conventionally, in an electric vehicle or the like that travels by driving a motor using electric power stored in a battery, a state of charge (SOC) of the driving battery is calculated and used for control.
For example, in the following
上述したように、電動車ではバッテリの充電率に基づいた制御が行われており、算出した充電率が正確か否かが重要となる。算出した充電率がではない場合、例えば過充電や過放電が生じて車両が走行停止に至る可能性もある。
従来、充電率の算出は、バッテリからの入出力電力の積算値および外部充電時の開回路電圧(OCV:Open circuit voltage)を用いて行っている。より詳細には、車両の走行中はバッテリからの入出力電力を積算して充電率を算出するとともに、外部充電時には開回路電圧から充電率を算出し、それらの値を比較することにより充電率の誤差の補正や、各種機器の故障検出(例えばバッテリに取り付けられたセンサ類やECUなどの故障)を行っている。
しかしながら、一部の電動車、特に発電用のエンジンを搭載している車両などにおいては、外部充電の頻度が少なくなるため、バッテリからの入出力電力に基づいて算出した充電率が誤った値でも検出できる頻度が低くなるという課題がある。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、外部充電の機会が少ない車両においても充電率の算出精度を維持することにある。
As described above, in an electric vehicle, control based on the charging rate of the battery is performed, and it is important whether the calculated charging rate is accurate. If the calculated charging rate is not, for example, overcharge or overdischarge may occur, and the vehicle may stop traveling.
Conventionally, the charging rate is calculated using an integrated value of input / output power from the battery and an open circuit voltage (OCV) during external charging. More specifically, while the vehicle is running, the charging rate is calculated by integrating the input / output power from the battery, and at the time of external charging, the charging rate is calculated from the open circuit voltage and the values are compared to calculate the charging rate. Error correction and failure detection of various devices (for example, failure of sensors or ECUs attached to the battery).
However, in some electric vehicles, especially vehicles equipped with a power generation engine, the frequency of external charging is reduced, so even if the charging rate calculated based on the input / output power from the battery is incorrect, There exists a subject that the frequency which can be detected becomes low.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to maintain the calculation accuracy of the charging rate even in a vehicle with few opportunities for external charging.
上述の目的を達成するため、請求項1の発明にかかる充電率算出装置は、車両に搭載された第1の回転電機と電力授受を行なうバッテリの充電率を算出する充電率算出装置であって、前記バッテリに入出力される電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部で検出された電流に基づいて前記バッテリに入出力される第1の電力量を演算する第1の電力演算部と、前記第1の回転電機の稼動状態に基づいて前記第1の回転電機から入出力される第2の電力量を演算する第2の電力演算部と、前記第1の電力量と前記第2の電力量との比較結果に基づいて、前記充電率に異常があるか否かを判定する異常判定部と、を備えたことを特徴とする。
請求項2の発明にかかる充電率算出装置は、前記バッテリおよび前記第1の回転電機には、エンジンにより駆動されて発電する第2の回転電機が接続されており、前記第2の電力演算部は、前記第1の回転電機に入出力される電力量と前記第2の回転電機から入出力される電力量との和により前記第2の電力量を算出する、ことを特徴とする。
請求項3の発明にかかる充電率算出装置は、前記第1の回転電機は前記車両の駆動輪を駆動するモータであり、前記第1の電力演算部は、所定の時刻における前記バッテリの出力電圧と、前記所定の時刻における前記バッテリの出力電流との積を所定期間分積分して前記第1の電力量を算出し、前記第2の電力演算部は、前記所定の時刻における前記モータの出力トルク、前記所定の時刻における前記モータの回転数および所定の係数との積と、前記所定の時刻における前記第2の回転電機の出力トルク、前記所定の時刻における前記第2の回転電機の回転数および前記係数との積と、の和を前記所定期間分積分して前記第2の電力量を算出する、ことを特徴とする。
請求項4の発明にかかる充電率算出装置は、前記異常判定部は、前記第1の電力量または前記第2の電力量の少なくともいずれかが所定電力値以上となった際に前記第1の電力量と前記第2の電力量との差分を算出し、前記差分が所定電力値以上と判定した際に、前記充電率に異常ありと判定する、ことを特徴とする。
請求項5の発明にかかる充電率算出装置は、前記異常判定部は、前記第1の電力量が前記第2の電力量よりも先に前記所定電力値以上となった場合、前記電流検出部に異常があると判定する、ことを特徴とする。
請求項6の発明にかかる充電率算出装置は、前記異常判定部は、所定の基準時から積算した前記第2の電力量が所定の積算値以上であるのに対して、前記基準時から積算した前記第1の電力量が0または0の近傍値である場合、前記充電率に異常があると判定する、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a charging rate calculation apparatus according to
According to a second aspect of the present invention, the battery and the first rotating electrical machine are connected to a second rotating electrical machine that is driven by an engine and generates electric power, and the second power calculation unit. Is characterized in that the second electric energy is calculated from the sum of the electric energy input / output to / from the first rotating electric machine and the electric energy input / output from the second rotating electric machine.
According to a third aspect of the present invention, in the charging rate calculation device, the first rotating electrical machine is a motor that drives a driving wheel of the vehicle, and the first power calculation unit is configured to output the output voltage of the battery at a predetermined time. And the output current of the battery at the predetermined time is integrated for a predetermined period to calculate the first electric energy, and the second power calculation unit outputs the output of the motor at the predetermined time. The product of the torque, the rotational speed of the motor at the predetermined time and the predetermined coefficient, the output torque of the second rotating electrical machine at the predetermined time, and the rotational speed of the second rotating electrical machine at the predetermined time The second power amount is calculated by integrating the sum of the product with the coefficient for the predetermined period.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the charging rate calculation apparatus, wherein the abnormality determination unit is configured such that when at least one of the first power amount and the second power amount is equal to or greater than a predetermined power value, A difference between the power amount and the second power amount is calculated, and when the difference is determined to be equal to or greater than a predetermined power value, it is determined that the charging rate is abnormal.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the charging rate calculation apparatus, wherein the abnormality determination unit includes the current detection unit when the first power amount becomes equal to or higher than the predetermined power value before the second power amount. It is characterized by determining that there is an abnormality.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the charging rate calculation apparatus, wherein the abnormality determination unit integrates from the reference time while the second power amount integrated from a predetermined reference time is equal to or greater than a predetermined integration value. When the first electric energy is 0 or a value close to 0, it is determined that the charging rate is abnormal.
請求項1の発明によれば、バッテリに入出力される電力量と、第1の回転電機に入出力される電力量との比較に基づいて、充電率に異常があるか否かを判定する。これにより、例えばバッテリへの電力の入出力に基づいて算出された充電率に対して、比較対象となる充電率を得る機会がない場合であっても、当該充電率の異常の有無を判定することができる。
請求項2の発明によれば、バッテリに対して二つの回転電機、すなわち、モータと発電機とが接続されている場合においても、充電率の異常の有無を判定することができる。
請求項3の発明によれば、任意の期間における電力量の積算値を判定用の電力量として用いることができる。
請求項4の発明によれば、第1の電力量または第2の電力量の少なくともいずれかが所定電力値以上となるまで電力量の演算を継続するので、電力量の算出パラメータに含まれる誤差を平均化することができ、異常判定の精度を向上させる上で有利となる。
請求項5の発明によれば、簡易な方法で故障箇所を特定することができる。
請求項6の発明によれば、第2の電力量が所定電力値以上となるのを待たずに短時間で充電率の異常の有無を判定することができる。
According to the first aspect of the present invention, it is determined whether or not there is an abnormality in the charging rate based on a comparison between the amount of power input / output to / from the battery and the amount of power input / output to / from the first rotating electrical machine. . Thereby, for example, even if there is no opportunity to obtain a charge rate to be compared with a charge rate calculated based on input / output of power to the battery, it is determined whether there is an abnormality in the charge rate. be able to.
According to the invention of
According to the invention of claim 3, the integrated value of the electric energy in an arbitrary period can be used as the electric energy for determination.
According to the invention of claim 4, since the calculation of the electric energy is continued until at least one of the first electric energy and the second electric energy becomes equal to or higher than the predetermined electric power value, an error included in the electric energy calculation parameter Can be averaged, which is advantageous in improving the accuracy of abnormality determination.
According to invention of Claim 5, a failure location can be pinpointed by a simple method.
According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to determine whether there is an abnormality in the charging rate in a short time without waiting for the second power amount to become equal to or greater than the predetermined power value.
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる充電率算出装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
図1は、充電率算出装置が搭載された車両10の構成を示す図である。
車両10は、モータ23およびエンジン25を備えるハイブリッド車両である。車両10は、走行システム20と、発電システム30と、燃料タンク40と、バッテリ50と、ECU70とを備えている。
Exemplary embodiments of a charging rate calculation apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a
The
走行システム20は、車両10の駆動機構であり、前輪21および後輪22と、モータ23と、インバータ24と、エンジン25と、モータ23の出力軸23Aの回転とエンジン25の出力軸25Aの回転とを前輪21に伝達する伝達機構26とを備えている。
The
前輪21および後輪22は、それぞれ車幅方向で対となった2つの車輪で構成されている。本実施の形態では、前輪21がモータ23およびエンジン25の駆動輪となっている。前輪21および後輪22には、各輪の回転量を検出する車輪速センサ21Aが設けられている。車輪速センサ21Aは、その検出値を後述するECU70へと送信する。なお、図示の便宜上、図1には車輪速センサ21Aを1つのみ図示している。
The
モータ23は、バッテリ50に蓄積された電力を用いて駆動し、出力軸23Aから回転力(トルク)を出力する。この出力により車両の駆動輪を駆動する。また、モータ23は、車両10の減速時の回生力を用いて回生発電することも可能である。回生発電により発生した電力はインバータ24を介してバッテリ50に供給され、バッテリ50を充電する。
すなわち、モータ23は、バッテリ50と電力授受を行う第1の回転電機である。
The
That is, the
インバータ24は、バッテリ50から供給される電力を、ドライバの要求に合わせて調整してモータ23に供給する。ドライバの要求とは、一例として、アクセルペダルの踏力、ブレーキペダルの踏力から後述するECU70が算出する。ECU70は、算出した運転者からの要求出力値に基づいてモータ23の出力トルクおよび回転数を指定し、インバータ24を制御する。
The
エンジン25は、燃料タンク40から供給される燃料を燃焼室内で燃焼することによって駆動する。エンジン25は、一例として、ガソリンを燃料とするレシプロエンジンである。エンジン25の駆動は、後述するECU70によって制御される。
The
伝達機構26は、モータ23の出力軸23Aの回転を前輪21に伝達するとともに、エンジン25の出力軸25Aの回転を前輪21に伝達する。伝達機構26は、クラッチ装置27を備えている。クラッチ装置27は、一対のクラッチ板27A,27Bと、クラッチ板27A,27Bを互いに接触可能であり、かつ、接触状態を解除可能な駆動部27Cを備えている。
The
クラッチ板27Aは、エンジン25の出力軸25Aと一体に回転する。クラッチ板27Bは、モータ23の出力軸23Aと一体に回転する。駆動部27Cによってクラッチ板27A,27Bどうしが互いに接触すると、クラッチ板27A,27Bは互いに一体に回転する。このことによって、エンジン25の出力軸25Aの回転が前輪21に伝達される。駆動部27Cによってクラッチ板27A,27Bが互いに離れた状態になると、エンジン25の出力軸25Aの回転は前輪21に伝達されなくなる。駆動部27Cは、後述するECU70によって制御される。
The
発電システム30は、バッテリ50を充電するための機構であり、エンジン25と、発電機(第2の回転電機)31と、インバータ24とを備えている。
The
発電機31の回転軸31Aは、第2の伝達機構32によってエンジン25の出力軸25Aの回転が伝達、即ち、エンジンにより駆動される。発電機31は、ECU70の制御によって発電可能な状態になると、エンジン25の出力軸25Aの回転を受けて回転軸31Aが回転し、発電する。ECU70は、発電機31の出力トルクおよび回転数を指定し、エンジン25を制御する。
発電機31は、インバータ24に接続されており、発電機31が発電した交流電力はインバータ24によって直流電力に変換されてバッテリ50に充電される。また、発電機31で発電した電力を直接モータ23に供給することも可能である。
The
The
発電機31は、エンジン25を始動する際のスタータとしても機能する。ECU70は、エンジン25を始動するときは、インバータ24を制御して発電機31を駆動する。発電機31が駆動することによって回転軸31Aが回転する。回転軸31Aは第2の伝達機構32を介してエンジン25の出力軸25Aに連結されているので、発電機31が駆動されて回転軸31Aが回転すると、エンジン25の出力軸25Aを回転することができる。
The
なお、バッテリ50は、車両10の車体に設けられた充電口51に外部充電器(図示なし)を接続して電力の供給を受けることによっても、充電することが可能である。
また、上述のように、モータ23の回生発電によって発生した電力によっても、バッテリ50を充電することが可能である。
The
Further, as described above, the
燃料タンク40は、エンジン25の動力源である燃料(例えばガソリン)を蓄積する。燃料タンク40内には、燃料の蓄積量を検出する燃料センサ40Aが設けられている。燃料センサ40Aは、その検出値をECU70に送信する。
The
バッテリ50は、モータ23の動力源である電力を蓄積する。バッテリ50にはBMU(Battery Monitoring Unit)51が接続されている。
BMU51は、CPU、バッテリ制御プログラムや充電率算出プログラムなどを格納・記憶するROM、プログラムの作動領域としてのRAM、各種データを書き換え可能に保持するEEPROM、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
BMU51は、バッテリ50に接続された電圧センサ52や電流センサ(電流検出部)54(図2参照)、温度センサ等の検出値を取得し、バッテリ50の電圧や入出力される電流、温度等を検出する。そして、充電率(SOC:State Of Charge)を含むバッテリ50の状態を検出する。
本実施の形態では、BMU51が充電率算出装置80(図2参照)として機能する。
The
The
The
In the present embodiment, the
ECU70は、BMU51と同様、CPU、ROM、RAM、EEPROM、インターフェース部などを含んで構成され、車両10全体を制御する制御部として機能する。
Like the
車両10は、ECU70により走行モードが適宜切り替えられる。
本実施の形態では、車両10は以下の3種類の走行モードを適宜切り替えて走行する。
1.EV(Electric Vehicle)走行モード
エンジン25は停止し、モータ23の駆動力で車軸を回転させて走行するモードである。
2.シリーズ走行モード
エンジン25で発電機31を駆動しながら、モータ23の駆動力で車軸を回転させて走行するモードである。
EV走行モードからシリーズ走行モードへの移行は、例えば以下のような場合に行われる。
<パターン1>
ドライバからの要求が所定の要求閾値以上である場合。
例えば、ドライバが加速したい時にアクセルを大きく踏み込んだ場合などである。この場合、発電機31で発電した電力は、バッテリ50から供給される電力とともにモータ23に供給される。これにより、EV走行モード時よりもモータ23の出力を大きくすることができる。
ドライバからの要求とは、例えば要求出力値や要求トルク値、要求出力値を発生させるために必要な電力量、アクセル開度などである。本実施の形態では、ドライバからの要求を、要求出力値を用いて判断する。要求出力値は、例えばアクセル開度(アクセルペダルの操作量)を変数とした要求出力値算出用の関数によって算出される値である。
<パターン2>
バッテリ50の充電率が所定の充電閾値以下となった場合
バッテリ50の充電率が低下して、このまま走行すると電欠状態となる可能性がある場合である。この場合、発電機31で発電した電力は、モータ23に供給されるとともに余剰分がバッテリ50に供給され充電に用いられる。
3.パラレル走行モード
エンジン25の駆動力およびモータ23の駆動力で車軸を回転させて走行するモードである。
特に、高速走行時等、エンジン25による車軸駆動の効率が高い場合にパラレル走行モードに移行する。なお、パラレル走行モード時にも、エンジン25の駆動力を発電機31に伝達して発電を行う(すなわち、エンジン25の駆動力を走行と発電とに振り分ける)ことが可能である。
The traveling mode of the
In the present embodiment, the
1. EV (Electric Vehicle) travel mode In this mode, the
2. Series travel mode In this mode, the
The transition from the EV travel mode to the series travel mode is performed in the following cases, for example.
<
The request from the driver is greater than or equal to a predetermined request threshold.
For example, when the driver greatly depresses the accelerator when he wants to accelerate. In this case, the electric power generated by the
The request from the driver is, for example, a required output value, a required torque value, an electric energy necessary for generating the required output value, an accelerator opening degree, and the like. In the present embodiment, a request from the driver is determined using the requested output value. The required output value is a value calculated by a function for calculating a required output value using, for example, the accelerator opening (the amount of operation of the accelerator pedal) as a variable.
<
When the charging rate of the
3. Parallel traveling mode In this mode, the vehicle is driven by rotating the axle with the driving force of the
In particular, when the driving efficiency of the axle by the
つぎに、バッテリ50の充電率を算出する充電率算出装置80の構成について説明する。
図2は、充電率算出装置80の機能的構成を示すブロック図である。
充電率算出装置80は、BMU51が上記充電率算出プログラムを実行することにより実現され、第1の電力演算部82、第2の電力演算部84、充電率算出部86、異常判定部88を備える。
Next, the configuration of the charging
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the charging
The charging
第1の電力演算部82は、電流センサ52で検出された電流に基づいて、バッテリ50に入出力される第1の電力量(本実施の形態では第1の積算値I1)を演算する。
第1の電力演算部82は、バッテリ50に接続された電圧センサ52および電流センサ54(電流検出部)の検出値を用いて、下記式(1)のように、各時刻t(所定の時刻)にバッテリ50に入出力される電力量W1を算出する。下記式(1)において、V(t)は時刻t(所定の時刻)におけるバッテリ50の出力電圧[V]、A(t)は時刻tにおけるバッテリ50の出力電流[A]、W1(t)の単位は[kW]である。
なお、バッテリ50からモータ23に駆動用電力を供給している場合(放電中)と、発電機31の稼働またはモータ23の回生発電によりバッテリ50が充電されている場合とでは、上記出力電流A(t)の正負を逆にする。
Based on the current detected by
The first power calculation unit 82 uses the detection values of the
Note that the output current A is used when the driving power is supplied from the
また、第1の電力演算部82は、下記式(2)のように、各時刻tにおける電力量W1を所定期間積算し、第1の積算値I1(第1の電力量)を算出する。所定期間とは、後述する変化量ΔS1またはΔS2(もしくは積算値I1またはI2)が第2の所定値(所定電力値)X2以上となるまでの期間である。積算値I1の単位は[kWh]である。
すなわち、第1の電力演算部82は、時刻t(所定の時刻)におけるバッテリ50の出力電圧V(t)と、時刻t(所定の時刻)におけるバッテリ50の出力電流A(t)との積を所定期間分積分して第1の積算値I1(第1の電力量)を算出する。
更に、本実施の形態では、下記式(3)のように、第1の積算値I1(第1の電力量)を用いて上記所定期間におけるバッテリ50の充電率の変化量ΔS1を算出する。下記式(3)において、Pはバッテリ50の満充電時の使用可能電力量[kWh]であり、ΔS1の単位は[%]である。なお、Pはバッテリ50の公称容量値であってもよい。
本実施の形態では、所定期間内にバッテリ50の充電率が減少した場合にはΔS1が負の値に、増加した場合にはΔS1が正の値になるものとする。
In addition, the first power calculation unit 82 integrates the power amount W1 at each time t for a predetermined period as shown in the following formula (2), and calculates a first integrated value I1 (first power amount). The predetermined period is a period until a change amount ΔS1 or ΔS2 (or integrated value I1 or I2) described later becomes equal to or greater than a second predetermined value (predetermined power value) X2. The unit of the integrated value I1 is [kWh].
That is, the first power calculation unit 82 multiplies the output voltage V (t) of the
Furthermore, in the present embodiment, the amount of change ΔS1 of the charging rate of the
In the present embodiment, it is assumed that ΔS1 becomes a negative value when the charging rate of the
第2の電力演算部84は、モータ23(第1の回転電機)の稼動状態に基づいて、モータ23(第1の回転電機)から入出力される第2の電力量(本実施の形態では第2の積算値I2)を演算する。
本実施の形態では、バッテリ50およびモータ23に発電機31が接続されているため、第2の電力演算部84は、モータ23に入出力される電力量Wbと発電機31から出力される電力量Wgとの和を積算することにより第2の電力量(第2の積算量I2)を算出する。
第2の電力演算部84は、ECU70から各時刻tにおけるモータ23の出力トルクおよび回転数の指示値を取得する。また、第2の電力演算部84は、ECU70から各時刻tにおける発電機31の出力トルクおよび回転数の指示値を取得する。
そして、取得した出力トルクおよび回転数を用いて、下記式(4)のように、各時刻tにモータ23に入出力される電力量Wbおよび発電機31から出力される電力量Wgをそれぞれ算出する。
下記式(4)において、Tm(t)は時刻tにおけるモータ23の出力トルク[Nm]、nm(t)は時刻tにおけるモータ23の回転数[rpm]、Tg(t)は時刻tにおける発電機31の出力トルク[Nm]、ng(t)は時刻tにおける発電機31の回転数[rpm]、Wb(t),Wg(t)の単位は[W]である。
なお、モータ23が通常走行している場合(電力使用中)と、回生発電している場合とでは、上記出力トルクTm(t)の正負を逆にする。
また、モータ23または発電機31から直接出力電力量[W]が出力されている場合は、その値をWb(t),Wg(t)としてもよい。
The second
In the present embodiment, since the
The second
Then, using the acquired output torque and rotation speed, the amount of electric power Wb input / output to / from the
In the following equation (4), Tm (t) is the output torque [Nm] of the
In addition, the positive / negative of the said output torque Tm (t) is reversed by the case where the
Moreover, when the output electric energy [W] is directly output from the
また、第2の電力演算部84は、下記式(5)のように、各時刻tにおける電力量WbとWgとの和を所定期間積算し、第2の積算値I2(第2の電力量)を算出する。所定期間とは、後述するΔS1またはΔS2が第2の所定値(所定電力値)X2以上となるまでの期間である。積算値I2の単位は[kWh]である。
下記式(5)において、2π/60は回転数[rpm]を角速度[rad/s]に変換するための係数である。
すなわち、第2の電力演算部84は、時刻t(所定の時刻)におけるモータ23の出力トルクTm(t)、時刻tにおけるモータ23の回転数nm(t)および所定の係数(2π/60)との積と、時刻tにおける発電機31(第2の回転電機)の出力トルクTg(t)、時刻tにおける発電機31の回転数ng(t)および係数(2π/60)との積と、の和を所定期間分積分して第2の積算値I2(第2の電力量)を算出する。
Further, the second
In the following formula (5), 2π / 60 is a coefficient for converting the rotational speed [rpm] to the angular velocity [rad / s].
That is, the second
更に、本実施の形態では、下記式(6)のように、第2の積算値I2をバッテリ50の容量(満充電時の使用可能電力量)に対するパーセンテージに換算した変化量ΔS2を算出する。下記式(6)において、Pはバッテリ50の満充電時の使用可能電力量[kWh]であり、ΔS2の単位は[%]である。なお、Pはバッテリ50の公称容量値であってもよい。
Furthermore, in the present embodiment, a change amount ΔS2 is calculated by converting the second integrated value I2 into a percentage with respect to the capacity of the battery 50 (usable power amount at the time of full charge) as in the following formula (6). In the following formula (6), P is the usable electric energy [kWh] when the
充電率算出部86は、第1の積算値I1に基づいてバッテリ50の充電率を算出する。
充電率算出部86は、例えば外部充電器により満充電まで充電を行った際の充電率を100%とし、上記第1の電力演算部82が算出したΔS1を逐次加算していくことにより、バッテリ50の充電率を算出する。
充電率算出部86で算出された充電率は、例えばインストゥルメントパネル等、運転者から視認可能な位置に設けられる表示部90に表示される。また、ECU70における車両制御にも用いられる。
The charging rate calculation unit 86 calculates the charging rate of the
The charging rate calculation unit 86, for example, sets the charging rate when charging to full charge by an external charger to 100%, and sequentially adds ΔS1 calculated by the first power calculation unit 82 to thereby increase the battery A charge rate of 50 is calculated.
The charging rate calculated by the charging rate calculation unit 86 is displayed on a
異常判定部88は、第1の電力量と第2の電力量との比較結果に基づいて、充電率に異常があるか否かを判定する。本実施の形態では、異常判定部88は、第1の積算値I1(第1の電力量)と第2の積算値I2(第2の電力量)との差分が第1の所定値X1以上の場合、充電率算出部86で算出された充電率に異常がある、すなわち何らかの故障や異常が生じている可能性があると判定する。
なお、本実施の形態では、積算値I1,I2を用いて算出した変化量ΔS1およびΔS2の差分が第1の所定値X1以上であるかを判断するものとする。この場合にも、変化量ΔS1,ΔS2はそれぞれ積算値I1,I2に定数(100/P)を掛け合せたものなので、実質的には第1の積算値I1と第2の積算値I2との差分を算出していることになる。
The
In the present embodiment, it is determined whether the difference between the change amounts ΔS1 and ΔS2 calculated using the integrated values I1 and I2 is equal to or greater than the first predetermined value X1. Also in this case, since the change amounts ΔS1, ΔS2 are obtained by multiplying the integrated values I1, I2 by a constant (100 / P), respectively, the difference between the first integrated value I1 and the second integrated value I2 is substantially obtained. Is calculated.
すなわち、異常判定部88は、バッテリ50を含む電力系において、所定期間内にバッテリ50に入出力された電力量の積算値(第1の積算値I1)と、他の機器(本実施の形態ではモータ23および発電機31)に入出力された電力量の積算値(第2の積算値I2)とを比較する。
理論上では、第1の積算値I1と第2の積算値I2とは等しいはずである。しかしながら、第1の積算値I1と第2の積算値I2との差分が大きい場合には、何らかの異常(故障等)が疑われ、充電率算出部86が算出する充電率の値は不正確である可能性が高い。具体的な異常(故障)箇所としては、例えば電圧センサ52や電流センサ54、ECU70などが挙げられる。
特に、故障により充電率の値が常に一定値と算出される場合(固着状態)には、充電率の値が異常値を示す場合と比べて、故障の検出がしにくい。上記方法によれば、実際には電力の消費や発電が行われているにも関わらず、バッテリ50の充電率が一定値と算出されるような場合に、迅速に故障を検出することができる。
なお、一般にモータ23および発電機31では、入力電力と機械出力(トルク×回転数)との間に損失が生じるが、この損失も織り込んで閾値(第1の所定値X1)を設定する。
That is, in the power system including the
Theoretically, the first integrated value I1 and the second integrated value I2 should be equal. However, if the difference between the first integrated value I1 and the second integrated value I2 is large, some abnormality (failure or the like) is suspected, and the charge rate value calculated by the charge rate calculation unit 86 is inaccurate. There is a high possibility. Specific examples of abnormal (failure) locations include the
In particular, when the value of the charging rate is always calculated as a constant value due to a failure (fixed state), it is difficult to detect the failure as compared with the case where the value of the charging rate shows an abnormal value. According to the above method, it is possible to quickly detect a failure when the charging rate of the
In general, in the
ここで、異常判定部88は、第1の積算値I1または第2の積算値I2の少なくともいずれかが第2の所定値X2(所定電力値)以上となった際にその差分を算出する。
すなわち、バッテリ50またはモータ23/発電機31のいずれかにおいて、入出力される電力量の積算値が一定量(第2の所定値X2以上)以上となるまで積算を継続し、積算値が一定量となったタイミングで差分を算出する。
これは、電力量を算出する際に用いるパラメータ(電流、電圧、トルク、回転数)には誤差が含まれる可能性があるためであり、一定期間積算を継続することによって誤差の影響を平均化している。誤差の要因としては、例えば電流や電圧に関してはセンサの最小桁数に起因する誤差、トルクや回転数に関してはECU70から取得する出力トルクの指示値(指示トルク値)と実トルクとの誤差などが挙げられる。
本実施の形態では、上記変化量ΔS1またはΔS2の少なくともいずれかが第2の所定値X2以上となった際にその差分を算出するものとする。
Here, the
That is, in either the
This is because the parameters (current, voltage, torque, and rotation speed) used when calculating the electric energy may contain errors. By continuing the integration for a certain period, the effects of the errors are averaged. ing. Factors of error include, for example, an error caused by the minimum number of digits of the sensor with respect to current and voltage, and an error between an instruction value (indicated torque value) of output torque acquired from the
In the present embodiment, the difference is calculated when at least one of the change amounts ΔS1 or ΔS2 is equal to or greater than the second predetermined value X2.
なお、異常判定部88は、第1の積算値I1(第1の電力量)が第2の積算値I2(第2の電力量)よりも先に第2の所定値(所定電力値)X2以上となった場合、バッテリ50への電力の入出力量を測定するセンサ、特に電流センサ54(電流検出部)に特性異常の可能性があると判定してもよい。
第2の積算値I2を算出する際に用いるトルク値は、ECU70から取得する指示トルク値であるが、一般に指示トルク値は実トルク値と比較して大きな値となる。このため、通常は第2の積算値I2の方が先に第2の所定値X2以上となることが見込まれる。
これに対して、第1の積算値I1が第2の積算値I2よりも先に第2の所定値X2以上となった場合には、センサの特性異常により電流(または電圧)の値が実際よりも大きな値と認識されている可能性がある。
このように、積算値I1,I2のどちらが先に所定値以上となったかによっても、故障を検出することができる。
The
The torque value used when calculating the second integrated value I2 is an instruction torque value acquired from the
On the other hand, when the first integrated value I1 becomes equal to or greater than the second predetermined value X2 prior to the second integrated value I2, the current (or voltage) value is actually increased due to sensor characteristic abnormality. May be recognized as a larger value.
As described above, the failure can be detected depending on which of the integrated values I1 and I2 first exceeds the predetermined value.
また、異常判定部88は、所定の基準時から積算した第2の積算値I2(第2の電力量)が第3の所定値(所定の積算値)X3(<第2の所定値X2)以上であるのに対して、同基準時から積算した第1の積算値I1(第1の電力量)が0または0の近傍値である場合、充電率算出部86で算出された充電率に異常があると判定してもよい。
所定の基準時とは、例えば車両10の走行システム20の起動時である。車両10の走行システム20の起動後、モータ23や発電機31が稼働したことが検出されている(第2の積算値I2が第3の所定値X3以上となっている)にも関わらず、バッテリ50からの電力の入出力量が0の近傍値である場合、バッテリ50からの電力の入出力量を算出するためのデータを検出する電圧センサ52または電流センサ54が機能していない可能性が高い。
このような場合は、第2の積算値I2が第2の所定値X2以上となるのを待たずに、故障の可能性があると判定してもよい。
Further, the
The predetermined reference time is, for example, when the traveling
In such a case, it may be determined that there is a possibility of failure without waiting for the second integrated value I2 to be equal to or greater than the second predetermined value X2.
異常判定部88により充電率算出部86で算出された充電率に異常があると判定された場合、例えば表示部90に機器の故障の可能性がある旨を表示する。また、例えばECU70に故障信号を出力し、車両10を故障時制御に移行させる。
When the
図3は、充電率算出装置80の処理手順を示すフローチャートである。
走行システム20が起動(ON)すると(ステップS300)、第1の電力演算部82は、電圧センサ52からバッテリ50の出力電圧、電流センサ54からバッテリ50の出力電流を取得する(ステップS302)。第1の電力演算部82は、出力電圧および出力電流を用いてバッテリ50に入出力される電力量W1を算出し、その値を積算して第1の積算値I1および変化量ΔS1を算出する(ステップS304)。
また、充電率算出部86は、第1の積算値I1(変化量ΔS)に基づいて充電率を算出する(ステップS306)。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the charging
When the traveling
Further, the charging rate calculation unit 86 calculates the charging rate based on the first integrated value I1 (change amount ΔS) (step S306).
また、第2の電力演算部84は、ECU70からモータ23および発電機31の出力トルクおよび回転数を取得する(ステップS308)。第2の電力演算部84は、出力トルクおよび回転数を用いて、モータ23に入出力される電力量Wbおよび発電機31に入出力される電力量Wgを算出し、その和を積算して第2の積算値I2および変化量ΔS2を算出する(ステップS310)。
Further, the second
異常判定部88は、変化量ΔS1またはΔS2の少なくともいずれかが第2の所定値X2以上となったか否かを判断する(ステップS312)。変化量ΔS1またはΔS2のいずれも第2の所定値X2以上とならない間は(ステップS312:Yes)、第1の電力演算部82および第2の電力演算部84は、それぞれステップS302またはS308に戻り、以降の処理をくり返す。
The
変化量ΔS1またはΔS2の少なくともいずれかが第2の所定値X2以上となった場合(ステップS312:Yes)、異常判定部88は、変化量ΔS1とΔS2との差分の絶対値(|ΔS1−ΔS2|)が第1の所定値X1以上か否かを判断する(ステップS314)。
|ΔS1−ΔS2|が第1の所定値X1未満である場合(ステップS314:No)、異常判定部88は、第1の電力演算部82および第2の電力演算部84の算出値(ΔS1,ΔS2,I1,I2等)をクリアし(ステップS316)、第1の電力演算部82および第2の電力演算部84は、それぞれステップS302またはS308に戻り、以降の処理をくり返す。
一方、|ΔS1−ΔS2|が第1の所定値X1以上である場合(ステップS314:Yes)、異常判定部88は、ステップS306で算出した充電率に異常の可能性があると判定する(ステップS318)。その後、異常判定部88は、表示部90を用いて故障の可能性を報知したり、ECU70を故障時制御に移行させるなどの処理を行う。
When at least one of the change amounts ΔS1 and ΔS2 becomes equal to or greater than the second predetermined value X2 (step S312: Yes), the
When | ΔS1−ΔS2 | is less than the first predetermined value X1 (step S314: No), the
On the other hand, when | ΔS1−ΔS2 | is equal to or larger than the first predetermined value X1 (step S314: Yes), the
以上説明したように、実施の形態にかかる充電率算出装置80は、バッテリに入出力される電力量と、モータ23に入出力される電力量との比較に基づいて、充電率に異常があるか否かを判定する。これにより、例えばバッテリ50への電力の入出力に基づいて充電率算出部86で算出された充電率に対して、比較対象となる充電率を得る機会がない場合であっても、当該充電率の異常の有無を判定することができる。
As described above, the charging
なお、本実施の形態では、BMU51が充電率算出装置80として機能するものとしたが、これに限らず例えばECU70が充電率算出装置80として機能するようにしてもよい。また、BMU51およびECU70以外の情報処理装置によって充電率算出装置80の機能を実現してもよい。
In the present embodiment, the
10……車両、20……走行システム、23……モータ(第1の回転電機)、30……発電システム、31……発電機(第2の回転電機)、50……バッテリ、50A……BMU、52……電圧センサ、54……電流センサ(電流検出部)、80……充電率算出装置、82……第1の電力演算部、84……第2の電力演算部、86……充電率算出部、88……異常判定部、90……表示部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記バッテリに入出力される電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出された電流に基づいて前記バッテリに入出力される第1の電力量を演算する第1の電力演算部と、
前記第1の回転電機の稼動状態に基づいて前記第1の回転電機から入出力される第2の電力量を演算する第2の電力演算部と、
前記第1の電力量と前記第2の電力量との比較結果に基づいて、前記充電率に異常があるか否かを判定する異常判定部と、
を備えたことを特徴とする充電率算出装置。 A charging rate calculation device that calculates a charging rate of a battery that exchanges power with a first rotating electrical machine mounted on a vehicle,
A current detection unit for detecting current input to and output from the battery;
A first power calculation unit that calculates a first power amount input to and output from the battery based on the current detected by the current detection unit;
A second power calculation unit that calculates a second power amount input / output from the first rotating electrical machine based on an operating state of the first rotating electrical machine;
An abnormality determination unit that determines whether or not the charging rate is abnormal based on a comparison result between the first electric energy and the second electric energy;
A charging rate calculation device comprising:
前記第2の電力演算部は、前記第1の回転電機に入出力される電力量と前記第2の回転電機から入出力される電力量との和により前記第2の電力量を算出する、
ことを特徴とする請求項1記載の充電率算出装置。 The battery and the first rotating electrical machine are connected to a second rotating electrical machine that is driven by an engine to generate electric power,
The second power calculation unit calculates the second power amount by the sum of the power amount input / output to / from the first rotating electrical machine and the power amount input / output from the second rotating electrical machine,
The charging rate calculation apparatus according to claim 1.
前記第1の電力演算部は、所定の時刻における前記バッテリの出力電圧と、前記所定の時刻における前記バッテリの出力電流との積を所定期間分積分して前記第1の電力量を算出し、
前記第2の電力演算部は、前記所定の時刻における前記モータの出力トルク、前記所定の時刻における前記モータの回転数および所定の係数との積と、前記所定の時刻における前記第2の回転電機の出力トルク、前記所定の時刻における前記第2の回転電機の回転数および前記係数との積と、の和を前記所定期間分積分して前記第2の電力量を算出する、
ことを特徴とする請求項2記載の充電率算出装置。 The first rotating electrical machine is a motor for driving the driving wheels of the vehicle;
The first power calculation unit calculates the first power amount by integrating a product of an output voltage of the battery at a predetermined time and an output current of the battery at the predetermined time for a predetermined period,
The second power calculation unit is configured to multiply the output torque of the motor at the predetermined time, the number of rotations of the motor at the predetermined time, and a predetermined coefficient, and the second rotating electric machine at the predetermined time. The second electric energy is calculated by integrating the sum of the output torque, the product of the rotation speed of the second rotating electrical machine at the predetermined time and the coefficient for the predetermined period,
The charging rate calculation apparatus according to claim 2.
前記差分が所定電力値以上と判定した際に、前記充電率に異常ありと判定する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の充電率算出装置。 The abnormality determination unit calculates a difference between the first power amount and the second power amount when at least one of the first power amount and the second power amount becomes a predetermined power value or more. Calculate
When it is determined that the difference is equal to or greater than a predetermined power value, it is determined that the charging rate is abnormal.
The charging rate calculation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein
ことを特徴とする請求項4記載の充電率算出装置。 The abnormality determination unit determines that the current detection unit is abnormal when the first power amount becomes equal to or greater than the predetermined power value before the second power amount.
The charging rate calculation apparatus according to claim 4, wherein:
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の充電率算出装置。 The abnormality determination unit is configured such that the first electric energy accumulated from the reference time is 0 or near 0, while the second electric energy accumulated from the predetermined reference time is equal to or greater than a predetermined integrated value. If it is a value, it is determined that the charging rate is abnormal.
The charging rate calculation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020041949A (en) * | 2018-09-12 | 2020-03-19 | 株式会社東芝 | Battery state estimation device, method for estimating state of battery, program, control circuit, and power storage system |
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2017
- 2017-08-17 JP JP2017157612A patent/JP2019035679A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2020041949A (en) * | 2018-09-12 | 2020-03-19 | 株式会社東芝 | Battery state estimation device, method for estimating state of battery, program, control circuit, and power storage system |
US11385293B2 (en) | 2018-09-12 | 2022-07-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Battery state estimating apparatus, battery state estimating method, non-transitory computer readable medium, control circuit and power storage system |
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